Automatización de un cruce de carreteras con semáforos inteligentes

摘要

El propósito de este proyecto es el control de los semáforos de un cruce de carreteras con un sistema automático e inteligente. Para la realización de este trabajo se hace uso de los controladores programables o PLC’S. Son computadoras industriales de estado sólido que monitoriza continuamente el estado de las entradas y las salidas, y teniendo en cuenta éstas toma decisiones lógicas basadas en un programa especialmente desarrollado para procesos automatizados o máquinas. Por otro lado se usa también HMI (Human Machine Interface), que nos proporciona la interfaz entre el operario y el proceso. El operario lo usa para controlar y monitorizar el proceso sin tener que entender el programa que hay detrás, haciendo acciones simples. El controlador programable que se ha usado es el SIEMENS S7-1200 (CPU-1214C-24V-DC/DC/DC). Tiene catorce entradas digitales integradas y diez salidas digitales a las que se le añaden dos salidas de pulso. Se le pueden añadir módulos de entrada y salida, comunicaciones y de otro tipo. El panel HMI que se ha usado es un modelo KTP600 BASIC COLOR PN que tiene una pantalla de seis pulgadas, con 256 colores y utiliza el protocolo PROFINET. El programa se ha diseñado usando el software TIA (Total Integrated Automation) Portal V12 de SIEMENS que nos proporciona un entorno para desarrollar, editar y monitorizar la lógica de control para la aplicación que necesitamos. El TIA Portal nos da las herramientas necesarias para manejar y configurar el PLC y el HMI. TIA Portal tiene como componentes el STEP 7 BASIC con el que hemos desarrollado el programa usando el lenguaje de contactos. Se ha elegido este lenguaje ya que es el más usado y más intuitivo. Es un lenguaje en el que se usan símbolos que representan relés, contadores, temporizadores, registros, desplazamientos y operaciones matemáticas. Se ha diseñado una instalación de semáforos en un cruce de dos carreteras con dos sentidos cada una. La carretera principal tiene tres carriles en cada sentido, en el carril izquierdo solo se puede girar a la izquierda, en el central solo se puede ir recto y en el carril derecho se puede ir hacia la derecha y continuar recto. La carretera secundaria tiene dos carriles en cada sentido, en el carril izquierdo solo se puede girar a la izquierda y en el carril derecho se puede ir hacia la derecha y continuar recto. En cada lado del cruce de carreteras hay pasos de peatones tanto en la carretera principal como en la secundaria. Los pasos de peatones están señalizados con semáforos, que tienen un funcionamiento distinto al que estamos acostumbrados ya que en Szczecin los pulsadores de los semáforos de peatones no sirven para que se pongan en verde sino para prolongar el tiempo de cruzado. Por lo tanto a pesar de los pulsadores de peatones un peatón deberá esperar a que en la secuencia llegue la fase en la que ese semáforo esté en verde. El sistema tiene diferentes secuencias dependiendo de si es de día o de noche, además de que se modifica dependiendo del número de coches que hay en la carretera y los peatones que quieren cruzar de acera. Esto está controlado apoyándose en sensores. Para el desarrollo de la secuencia de los semáforos se han usado el mínimo número de fases posible para mantener una circulación de coches fluida. El programa está dividido en seis bloques diferentes que van separando las diferentes funciones para tener una mejor organización del programa y poder así programar de manera más eficiente. El programa se ha realizado con el estilo más profesional posible, para poderse utilizar en aplicaciones reales y poderse usar partes en otros trabajos, o hacer modificaciones para otras características. Se ha utilizado un modelo realista que evita las situaciones descontroladas que pudieran provocar accidentes de tráfico basándonos en el sistema de sémaforos que se sigue en Szczecin pero que perfectamente podría ser implantado en otros lugares como España con unas modificaciones. El desarrollo total de este proyecto ha consistido en el diseño del algoritmo de programación que se iba a seguir, el desarrollo del programa y la simulación de éste con ayuda de todos los medios comentados con anterioridad, para comprobar su correcto funcionamiento.